FR2843394A1

FR2843394A1 - Alcoxyamines issues de nitroxydes b-phosphore, leur utilisation en polymerisation radicalaire

Info

Publication number: FR2843394A1
Application number: FR0303169A
Authority: FR
Inventors: Jean Luc Couturier; Olivier Guerret; Denis Bertin; Didier Gigmes; Sylvain Marque; Paul Tordo; Florence Chauvin; Pierre Emmanuel Dufils
Original assignee: Atofina SA
Current assignee: Arkema France SA
Priority date: 2002-08-07
Filing date: 2003-05-02
Publication date: 2004-02-13
Anticipated expiration: 2023-05-02
Also published as: EP1527079A2; US20060142511A1; JP2005534712A; US7772340B2; EP1527079B1; JP5147599B2; ATE348833T1; MXPA05001530A; AU2003271824A1; FR2843394B1; ES2279146T3; AU2003271824A8; JP2009024018A; JP4203820B2; CA2494826A1; WO2004014926A8; DE60310566D1; WO2004014926A3; WO2004014926A2; DE60310566T2

Abstract

L'invention a pour objet des alcoxyamines issues de nitroxydes β-phosphoré répondant à la formule :Ces composés peuvent être utilisés comme amorceurs des (co)polymérisations d'au moins un monomère polymérisable par voie radicalaire.

Description

ALCOXYAMINES ISSUES DE NITROXYDES ss -PHOSPHORE,
LEUR UTILISATION EN POLYMERISATION RADICALAIRE

La présente invention a pour objet des hydroxylamines a,|3,[3-trisubstituées, ci-après désignées par alcoxyamines, obtenues notamment à partir de nitroxydes-- phosphoré, utilisables comme amorceurs des polymérisations radicalaires.

Dans la demande de brevet français n 99 01998 du 18 février 1999 publiée sous le numéro 2789991, il est décrit des alcoxyamines issues de nitroxydes-(3- phosphoré tels que le N-tertiobutyl, N-l diéthyl-2,2-diméthylpropyl, 0-1-méthyl-lméthoxy-carbonyléthylhydroxylamine qui, utilisées comme amorceurs des polymérisations ou copolymérisations d'au moins un monomère polymérisable par voie radicalaire, procurent un excellent contrôle de la polymolécularité tout en assurant une bonne vitesse de polymérisation ou de copolymérisation.

Cependant, la demanderesse a constaté que l'utilisation desdites alcoxyamines pour la polymérisation ou la copolymérisation de certains monomères polymérisables par voie radicalaire présentait quelques inconvénients.

Ainsi, l'obtention de hautes masses molaires est difficile à atteindre. En outre, on observe des risques d'emballement de la polymérisation avec des monomères ayant des grandes constantes de propagation (kp), comme certains acrylates, lorsque ces amorceurs sont utilisés seuls.

Sans que la demanderesse soit tenue à une quelconque explication, elle pense qu'au tout début de l'amorçage de la polymérisation de monomères ayant des kp élevés, en présence desdites alcoxyamines, il y a une production de radicaux hydrocarbonés R# qui se propagent très vite pour conduire à de très hautes masses, cette réaction initiale de propagation est très exothermique et on assite à un emballement de la polymérisation radicalaire. Le radical persistant nitroxyde > NO# formé à partir du clivage homolytique d'une alcoxyamine > N - O - A selon le schéma réactionnel :

avec une constante cinétique de dissociation kd trop faible par rapport à kp, ne peut plus contrôler la réaction de polymérisation car il se trouve être en concentration insuffisante pour contrôler la croissance des chaînes et donc le dégagement de chaleur.

Afin de remédier à cet inconvénient, certains auteurs ont ajouté, en début de polymérisation, en plus de l'alcoxyamine, un nitroxyde (D. Benoit et col. J. Am. Chem.

Soc., 121, pages 3904-3920, 1999).

Cette façon de procéder n'est pas satisfaisante industriellement car il faut adapter sans cesse le rapport alcoxyamine / nitroxyde au type de monomère ou mélange de monomères à polymériser et à la température de polymérisation.

D'autre part, l'utilisation desdites alcoxyamines contrôle très difficilement la polymérisation des méthacrylates d'alkyle comme le méthacrylate de méthyle (MMA) ou la copolymérisation de mélanges de monomères contenant des proportions importantes de méthacrylates d'alkyle.

La demanderesse a maintenant trouvé que l'utilisation de certaines alcoxyamines dérivées notamment de nitroxydes p-phosphoré comme amorceurs des polymérisations ou copolymérisations d'au moins un monomère polymérisable par voie radicalaire permettait d'obvier les inconvénients mentionnés ci-dessus.

L'invention a donc pour objet l'utilisation d'alcoxyamines de formule :

dans laquelle R représente un radical alkyle, linéaire ou ramifié, ayant un nombre d'atomes de carbone allant de 1 à 3, R1 représente un atome d'hydrogène ou un reste :

dans lequel R3 représente un radical alkyle linéaire ou ramifié, ayant un nombre

d'atomes de carbone allant de 1 à 20; R2 représente un atome d'hydrogène, un radical alkyle, linéaire ou ramifié, ayant un nombre d'atomes de carbone allant de 1 à 8, un

radical phényle, un métal alcalin tel que Li, Na, K ; H4N*, Bu4N\ Ru3HN' et présentant une constante cinétique de dissociation kd, mesurée à 120 C par RPE, supérieure à 0,05 s-1et, de préférence supérieure à 0,1 s-1.

Parmi les alcoxyamines de formule (I), on préfère utiliser tout particulièrement celles dans lesquels R= CH3-, R1 = H et R2= H, CH3-, (CH3) 3C-, Li et Na.

Les alcoxyamines de formule (I) dans laquelle R1=H et R 2 représente un radical alkyle, linéaire ou ramifié, ayant un nombre d'atomes de carbone allant de 1 à 6 sont connues.

L'invention a donc également pour objet les alcoxyamines de formule (I), à l'exclusion des alcoxyamines de formule (I) dans laquelle R1=H et R2 représente un radical alkyle, linéaire ou ramifié, ayant un nombre d'atomes de carbone, allant de 1 à 6.

Les alcoxyamines de formule (I) peuvent être préparées selon des méthodes connues dans la littérature. La méthode la plus courante implique le couplage d'un radical carboné avec un radical nitroxyde.

Parmi toutes ces méthodes, on utilisera de préférence pour la préparation des composés de formule (I), la méthode mettant en jeu la réaction dite ATRA (Atom Transfer Radical Addition), comme décrite dans la demande de brevet française 2791979 intégrée dans la présente par référence.

Cette méthode consiste à faire réagir un nitroxyde de formule :

avec un dérivé halogéné de formule :

dans laquelle X représente un atome de chlore ou un atome de brome, R, R1 et R2 ayant la même signification que dans la formule (I), en milieu solvant organique non miscible à l'eau, en présence d'un système organométallique MA(L)n (IV), dans lequel :
M représente un métal tel que le cuivre,
A représente un atome de chlore ou un atome de brome,
L représente un ligand du métal M, et est choisi parmi des polyamines telles que : - la tris[2-(diméthylamino)éthyl]amine :

- la N, N, N', N', N" - pentaméthyldiéthylènetriamine (PMDETA) :

- la N,N,N',N'-tétraméthyléthylènediamine :

- la 1, 1, 4, 7, 10, 10-hexaméthyltriéthylènetctramine (HMTETA) :

les polyamines cycliques telles que :

- le 1,4,7-triméthyl-1,4,7-triczacyclonomane, - le l,5,9-triméthyl-l,5,9-triazacyclododécane, - le 1,4,8,11-tétraméthyl-1,4,8,11-tétroczacyclotétrodécare, en mélangeant sous agitation dans le solvant organique un sel métallique MA, le ligand L, le dérivé halogéné (III) et le nitroxyde (II) selon un rapport molaire (III) / (II) allant de 1 à 1,4 et en maintenant le milieu réactionnel sous agitation à une température comprise entre 20 C et 40 C jusqu'à disparition complète du nitroxyde (II), puis en récupérant la phase organique qui est lavée avec de l'eau, puis en isolant l'alcoxyamine (I) par évaporation du solvant organique sous pression réduite.

Comme solvant organique, on utilisera de préférence un hydrocarbure aromatique.

Le sel métallique utilisé de préférence est CuBr.

On peut également introduire dans le milieu réactionnel CuBr (dans lequel le cuivre est au degré d'oxydation 1) et du cuivre.

Les sels alcalins des alcoxymines (I) (R2=Li, Na, K) peuvent être obtenus aisément en dissolvant, à froid, l'alcoxyamine (I) sous forme acide (R2=H) dans un minimum de méthanol puis on ajoute 1,05 équivalent d'hydroxyde alcalin dans un minimum d'eau. Le mélange eau/ méthanol est évaporé sous pression réduite et l'eau restant est éliminée azéotropiquement au moyen du cyclohexane ou du benzène.

Les alcoxyamines de formule (I) selon la présente invention peuvent être utilisées pour la polymérisation et la copolymérisation de tout monomère présentant une double liaison carbone-carbone susceptible de polymériser par voie radicalaire. La polymérisation ou la copolymérisation est réalisée, dans les conditions habituelles connues de l'homme du métier compte tenu du ou des monomères considérés, en

masse, en solution, en émulsion en suspension ou en miniémulsion. Les monomères considérés peuvent être un monomère vinylaromatique (styrène, styrènes substitués), un diène, un monomère acrylique tel que l'acide acrylique, les acrylates d'alkyle tels que l'acrylate de méthyle, d'éthyle ou de butyle, un monomère méthacrylique comme l'acide méthacrylique, les méthacrylates d'alkyle tels que le méthacrylate de méthyle, l'acrylonitrile, l'acrylamide ou encore la vinylpyrrolidinone ou un mélange d'au moins deux monomères précités.

Les alcoxyamines (I) peuvent être introduites dans le milieu de polymérisation ou de copolymérisation à des teneurs allant de 0,005 % à 40 % en poids par rapport au(x) monomère(s) mis en oeuvre et, de préférence, à des teneurs allant de 0,01 % à 10 %.

L'invention a donc également pour objet les (co)polymères fonctionnels obtenus par un procédé de (co)polymérisation utilisant les alcoxyamines de formule (I) comme amorceurs.

L'utilisation des alcoxyamines (I) de l'invention présente de nombreux avantages.

Elles permettent d'obtenir des hautes masses molaires avec un bon contrôle et un faible indice de polymolécularité. On n'observe aucun emballement de la polymérisation, notamment dans le cas de monomères à haut kp comme l'acrylote de butyle, et ce, en absence de nitroxyde libre. Elles permettent un contrôle (partiel) de la polymérisation des méthacrylates d'alkyles comme le MMA, notamment dans le cas de mélange de monomères contenant au moins 85 % de méthacrylate d'alkyle.

Dans le cas où R2 est un hydrogène, un métal alcalin ou un radical tertiobutyle, elles permettent également d'obtenir des (co)polymères fonctionnels présentant des fonctions réactives qui permettent de réaliser des transformations chimiques telles que greffage, couplage.

Ces procédés de transformations chimiques impliquent de préférence des réactions d'estérification, de transestérification, d'amidification, de transamidification et d'ouverture d'époxydes. On ne sortirait pas du cadre de l'invention si, pour les réactions d'estérification ou d'amidification, on utilisait intermédiairement un chlorure d'acide.

Les procédés d'estérification peuvent en particulier être utilisés avantageusement pour préparer des polyalcoxyamines polymériques à partir de monoalcoxyamines polymériques selon le schéma suivant :

où A représente une structure polyvalente et P un enchaînement de monomères tels que le styrène et les styrènes substitués, les diènes, les monomères acryliques comme l'acide acrylique ou les acrylates d'alkyle, les monomères méthacryliques comme l'acide méthacrylique ou les méthacrylates d'alkyle, l'acrylonitrile, l'acrylamide, la vinylpyrrolidinone ou encore un mélange d'au moins deux monomères précités.

Les procèdes d'éstérification et d'amidification peuvent également être utilisés avantageusement pour condenser des polymères qui ne sont pas obtenus par polymérisation radicalaire comme les polyesters, les polyamides ou les polyépoxydes. Ce réactions permettent ainsi d'accéder à de multiples structures de copolymères à blocs comme polystyrène-polyester, polystyrène-polyamide, polystyrène-polyépoxyde, polyacrylate-polyester, polyacrylate-polyamide, polyacrylate-polyépoxyde.

Les alcoxyamines de formule (I) de la présente invention, présentent en outre l'avantage d'être des solides stables facilement purifiables. Sans que la demanderesse soit tenue à une quelconque explication, on pense que cet état résulte du fait que dans l'alcoxyamine de formule (I), le carbone porteur des radicaux R et R2 ne présente pas d'assymétrie contrairement aux alcoxyamines mentionnées dans la demande de brevet français n 99 01998.

Les exemples qui suivent illustrent l' invention.

REMARQUES GENERALES : - Le nitroxyde utilisé comme réactif a pour formule :

désigné ci-après SG1.

Il a été obtenu par oxydation du 2,2-diméthyl-l-(1,1-diméthylemino)propyl phosphonate de diéthyle avec l'acide peracétique selon un protocole décrit dans le brevet français n 2 788 270.

- Les composés obtenus dans les exemples de synthèse sont identifiés par microanalyse C, H, N et par RMN du 1H, du 13C et du 31P.

Les spectres de RMN ont été effectués sur un appareil BRUKER AC 400 (1H, 100 MHz ; 31P, 40,53 MHz ; 13C, 25,18 MHz). Les RMN 13C et 31P sont réalisées avec découplage au 1H.

Les déplacements chimiques 8 sont donnés en ppm, par rapport au

tétraméthylsilone (référence interne) pour le proton et le carbone, par rapport à H3PO4 à 85 % (référence externe) pour le phosphore.

Les solvants utilisés sont soit CDCl3, soit C6D6.

- Les constantes cinétiques de dissociation kd ont été mesurées à 120 C par résonance paraélectronique quantitative (RPE) selon la méthode décrite par Sylvain Marque et col., dans Macromolecules, 33, pages 4403 à 4410, 2000.

Le principe consiste à piéger entièrement et rapidement, dès sa formation, le radical transistoire hydrocarboné, par un nitroxyde tel que le galvinoxyde (2,6-di- tert-butyl-4-(3,5-di-tert-butyl-4-oxocyclohexa-2,5-dien-l-ylidenméthyl)phenoxyde) pour conduire à une autre alcoxyamine non réactive.

# Exemple 1 : Préparation de l'acide 2-méthyl-2-[N-tertiobutyl-N-(diéthoxyphosphoryl-2,2-dimé-

thylpro pyl )am i noxy ]propi on i que.

> mode opératoire :
Dans un réacteur en verre de 2 # purgé à l'azote, on introduit 500 ml de toluène dégazé, 35,9 g de CuBr (250 mmol), 15,9 g de cuivre en poudre (250 mmol),

86,7 g de N,N,N',N',N"-pentaméthyl-diéthylènetriamine-PMDET/\-(500 mmol) puis, sous agitation et à température ambiante (20 C), on introduit un mélange contenant 500 ml de toluène dégazé, 42,1 g d'acide 2-bromo-2-méthylpropionique (250 mmol) et 78,9 g de SG1 à 84 % soit 225 mmol.

On laisse réagir 90 minutes à température ambiante et sous agitation, puis on filtre le milieu réactionnel. Le filtrat toluénique est lavé deux fois avec 1,5 1 d'une solution aqueuse saturée en NH4CI.

On obtient un solide jaunâtre qui est lavé au pentane pour donner 51 g d'acide 2-méthyl-2-[N-tertiobutyl-N-(diéthoxyphosphoryl-2,2-diméthylpropyl)aminoxy]pro- pionique (rendement 60 %).

Les résultats analytiques sont donnés ci-après : - masse molaire déterminée par spectrométrie de masse : 381,44/ g.mol-1 (pour C17H36NO6P) - analyse élémentaire (formule brute : C17H36NO6P) : % calculé : C=53,53, H=9,51, N=3,67 % trouvé : C=53,57, H=9,28, N=3,77 - fusion effectuée sur appareil Büchi B-540 : 124 C / 125 C

. RMN 31P (CDC13) : 8 27,7 . RMN 'H (CDCI3) :
8 1,15 (singulet, 9H sur carbones 15,21 et 22), 8 1,24 (singulet, 9H sur carbones 17,23 et 24),
8 1,33-1,36 (multiplet, 6H sur carbones 4 et 7),
8 1,61 (multiplet, 3H sur carbone 18),
8 1,78 (multiplet, 3H sur carbone 13),
8 3,41 (doublet, 1H sur carbone 9), 8 3,98-4,98 (multiplet, 4H sur carbone 3 et 6)
8 11,8 (singulet -OH).

. RMN 13C (CDCI3) :

<tb>
<tb> N <SEP> atome <SEP> de <SEP> carbone <SEP> 8
<tb> 3 <SEP> et <SEP> 6 <SEP> 60,28 <SEP> - <SEP> 63,32 <SEP>
<tb> 9 <SEP> 69,86
<tb> 12 <SEP> 63
<tb> 13 <SEP> 28,51
<tb> 14 <SEP> 36,04
<tb> 15,21 <SEP> et <SEP> 22 <SEP> 29,75
<tb> 16 <SEP> 63,31
<tb> 17, <SEP> 23 <SEP> et <SEP> 24 <SEP> 28,74
<tb> 18 <SEP> 24,08
<tb> 19 <SEP> 176,70
<tb>
kd (120 C) = 0,2 s-1.

> Exemples 1 A et 1B :

Synthèse de 2-méthyl-2-[N-tertiobutyl-N-(1-diéthoxyphosphoryl-2,2-diméthylpro- pyl)aminoxy] propionates d'alkyle.

> mode opératoire :
Dans un ballon mini d'un septum, on place du bromure cuivreux CuBr, du cuivre Cu , et du benzène anhydre. La solution est ensuite déoxygénée au moyen d'un barbotage d'azote pendant 10 minutes. On introduit ensuite sous atmosphère inerte la N, N, N',N',N"-pentaméthyldiéthylènetriamine (PMDETA). Le barbotage d'azote est maintenu 10 minutes supplémentaires.

Dans un autre ballon, on place l'ester a-bromé et le nitroxyde SGl dans du benzène anhydre. La solution est également dégazée par barbotage d'azote pendant 10 minutes. Cette solution est ensuite transférée dans le premier ballon sous atmosphère inerte. Le mélange réactionnel refroidi au moyen d'un mélange eau / glace est maintenu sous agitation magnétique 15 min, puis 45 min à température ambiante.

La solution est ensuite filtrée sur celite et le précipité est lavé à l'éther. Le filtrat est lavé à l'eau glacée jusqu'à obtention d'une phase aqueuse incolore. La phase organique est séchée sur MgSO4 à 0 C, évaporée dans un premier temps à l'évaporateur rotatif ROTAVAPOR puis sur rampe à pression réduite 0,08 mbar.

> Exemple 1A : Synthèse du 2-méthyl-2-[N-tertiobutyl-N-(l-diéthoxyphosphoryl-2,2-diméthylpro- pyl)aminoxy] propionate de tertiobutyle.

Réactifs : Benzène (18 ml + 18 ml). CuBr : 1,47 g (10,2 mmol), Cu : 0,65 g (10,2 mmol), PMDETA : 4,3 ml (20,4 mmol), SGl : 2 g (6,8 mmol) ; 2-bromo-2-méthylpropionate de tertiobutyle : 2,23 g (10,2 mmol). L'alcoxyamine obtenue, est purifiée sur colonne de silice en utilisant comme éluant un mélange pentane / éther éthylique 3/1.

L'alcoxyamine se solidifie à -18 C pour donner une poudre blanche. Rendement 70 %. kd (120 C) = 0,2 s-1.

Fusion : 44-46 C RMN31P (CDC13, 121,59 MHz) : 8 25,50 ppm.

RMN 1H (CDCI3, 300 MHz) : 8 1,12 ppm (s, 9 H) ; 1,20 (s, 9 H), 1,29 (m, 6 H) ; 1,46 (s, 9 H), 1,55 (s, 3 H) ; 1,67 (s, 3 H) ; 3,28 (d, J-s-p= 27 Hz, 1 H) ; 3,90-4,16 (m, 2 H) ; 4,27- 4,45 (m, 2 H).

RMN 13C (CDC13, 75,48 MHz) : 8 16,27 ppm (d, Jc-p = 6,8 Hz, O-CHz-ÇH3) ; 16,65 (d, Jc-p = 5,3 Hz, 0-CH2-ÇH3) ; 22,01 (s, ÇHs-C(CHs)-C=O) ; 27,93 (s, tBu) ; 28,15 (s, tBu) ; 28,77 (s, ÇH3-C(CH3)-C=O) ; 30,18 (d, Jc-p = 4,52 Hz, CH-C-(ÇH3)3 ; 36,00 (d, Jc-p = 6,0 Hz, CH-Ç-(CH3)3) ; 58,62 (d, Jc-P = 7,5 Hz, 0-Ç.Hz-CH3) ; 61,68 (d, Jc-P = 6,0 Hz, 0-Ç.H2- CH3) ; 62,08 (s, N-C-(CH3)3) ; 69,93 (d, Jc-p = 137,4 Hz, CH-P) ; (s, O-C-(CH3)3) ;

84,41 (s, (CHs)2-Ç-C=O) : 174,39 (s, C=0).

Exemple 1 B : Synthèse du 2 -méthyl-2-[N-terti obutyl-N-( l-diéthoxyphosphoryl-2, 2 -di méthylpro- pyl)aminoxy] propionate de méthyle.

Réactifs : identiques à l'exemple 1A, excepté que l'on remplace le 2-bromo-2-méthylpropionate de tertiobutyle par la même quantité molaire de 2-bromo-2méthylpropionate de méthyle : (10,2 mmol).

L'alcoxyamine est obtenue sans purification supplémentaire et se solidifie à -18 C pour donner une poudre blanche. kd (120 C) = 0,8 s-1.

Fusion : 56-58 C RMN du 31P, 13C et 1H sont en accord avec celles mentionnées dans la demande de brevet français n 2 789 991.

> Exemple 1C : Synthèse du 2-méthyl-2-[N-tertiobutyl-N-(l-diéthoxyphosphoryl-2,2-diméthylpro- pyl)aminoxy] propionate de sodium.

L'alcoxyamine acide méthylpropionique / SG1 obtenue à l'exemple 1 est dissoute dans un minimum de méthanol. Puis, on y ajoute 1,05 équivalent de soude dissoute dans un minimum d'eau. Le mélange eau / méthanol est évaporé sous pression réduite jusqu'à obtention du sel de sodium qui se présente sous forme d'un solide blanc. On rajoute du cyclohexane afin d'éliminer les traces d'eau par distillation de l'azéotrope eau / cyclohexane.

Analyse élémentaire (formule brute C17H35NO6PNa) Pourcentage calculé : C= 50,61 ; H = 8,74 ; N = 3,47 Pourcentage trouvé : C = 49,29 ; H= 8,97 : N= 3,01 kd (120 C) = 0,2 s-1

. RMN 31P (C6D6) : 8 28,05 # RMN 1H (C6D6) :
8 1,24-1,48 (massif, 24H sur carbones 4, 7, 15, 17, 21 et 24),
8 1,91 (singulet, 3H sur carbone 18),
8 2,07 (singulet, 3H sur carbone 13),
8 3,43 (doublet, 1H sur carbone 9), 8 4,15-4,6 (massif, 4H sur carbone 3 et 6) . RMN 13C (C6D6) :

<tb>
<tb> N <SEP> atome <SEP> de <SEP> carbone <SEP> : <SEP> #
<tb> 3,6 <SEP> 61,33-61,42
<tb> 4,7 <SEP> 16,55-16,70
<tb> 9 <SEP> 71,08
<tb> 12 <SEP> 86,36
<tb> 13/18 <SEP> 24-29,10
<tb> 14 <SEP> 36,24
<tb> 15,21 <SEP> et <SEP> 22 <SEP> 30,23
<tb> 16 <SEP> 62,42
<tb> 17,28 <SEP> et <SEP> 24 <SEP> 29,27
<tb> 19 <SEP> 180,74
<tb>
Exemples 2,3 et 4 : Utilisation de l'acide 2-méthyl-2-[N-tertiobutyl-N-(diéthoxyphosphoryl-2,2-

diméthylpropyl)aminoxy] ci-après acide méthy!propionique/S61 comme amorceur dans la polymérisation de l'acrylate de butyle.

> Mode opératoire général :
Dans un réacteur en verre de 100 ml, muni d'un réfrigérant, d'une arrivée de gaz inerte (N2) et d'une sonde de température, nous avons introduit x g d'alcoxyamine et 60 g d'acrylate de butyle (BA). Le milieu a été dégazé par barbotage d'azote pendant 20 minutes, puis placé sous agitation magnétique dans un bain d'huile thermostaté à 120 C. A intervalles de temps réguliers, des échantillons ont été prélevés sous atmosphère inerte.

La RMN du proton nous a permis de suivre la conversion du monomère. La détermination des masses molaires moyennes du polymère et de leur indice de polymolécularité a été réalisée par chromatographie d'exclusion stérique (CES), grâce à une calibration universelle utilisant des standards de polystyrène et les coefficients de Mark-Houwink du polyacrylate de butyle dans le THF. Les chromatogrammes ont été enregistrés par un logiciel Millénium 32 muni d'une pompe Waters 515HPLC, d'un réfractomètre WATERS 2410, de 3 colonnes Styragel (éluant : THF, 30 C).

> Exemple 2 (conforme à l'invention): - x = 0,304 g d'alcoxyamine acide méthylpropionique/SG1 obtenue selon l'exemple 1, - la masse théorique Mnth visée, exprimée comme étant le rapport de la concentration initiale du monomère multiplié par la masse molaire du monomère sur la concentration initiale en alcoxyamine, à 100% de conversion est de 75 000 g.mol-1.

> Exemple 3 (conforme à l'invention): - x= 0,114 g d'alcoxyamine acide méthylpropionique/SG1, - Mnth = 200 000 g.mol-1 Exemple 4 (non-conforme à l' invention): - x= 0,114 g de MONAMS, plus 2 mg de SG1 MONAMS : N-tertiobutyl, N-1-diéthylphospho-2,2-diméthylpropyl, 0-1-méthyl-1- méthoxycarbonyl-éthylhydroxylamine.

- Mnth visée avec la MoNAMS est de 200 000 g.mol-1
Les résultats sont reportés dans les tableaux 1 (exemple 2), 2 (exemple 3) et 3 (exemple 4) ci-après. bans ces tableaux, t(s) représente le temps de polymérisation en secondes,
Tc le taux de conversion,
Ip l'indice de polymolécularité qui est le rapport Mw/ Mn.

TABLEAU 1# Résultats de l'exemple 2
Les résultats permettent de tracer les courbes cinétiques suivantes associées à chaque exemple : - ln(l/l - Te) en fonction du temps ; Mn(th), Mn et Ip en fonction du taux de conversion Tc.

Les courbes cinétiques correspondant aux résultats de l'exemple 2 sont représentées sur les figures suivantes : Figure 1 :In (1/(1-Tc) = f(t) ; Figure 2 : Mn(th). Mn, Ip = f(Tc)

TABLEAU 3 # Résultats de l'exemple 3
Les courbes cinétiques correspondant aux résultats de l'exemple 3 sont représentées sur les figures suivantes : Figure 3 : In (1/(1-Tc) = f(t) ; Figure 4 : Mn(th), Mn, Ip = f(Tc)

TABLEAU 3 # Résultats de l'exemple 4
Les courbes cinétiques correspondant aux résultats de l'exemple 2 sont représentées sur les figures suivantes : Figure 5 : In (1/(1-Tc) = f(t) ; Figure 6 : Mn(th), Mn, Ip = f(Tc)
Le bon alignement des points sur les figures 1,2, 3 et 4 des courbes et le faible indice de polymolécularité (Ip) sont caractéristiques d'une polymérisation

radicalaire contrôlée de l'acrylate de butyle avec l'alcoxyamine acide méthylpropionique /SG1 de la présente invention.

> Exemple 5 : Utilisation de l'alcoxyamine acide méthylpropionique/SGl comme amorceur dans la copolymérisation du méthacrylate de méthyle (MMA) avec l'acrylate de butyle (BA).

Mode opératoire :
Dans un réacteur en verre de 100 ml, muni d'un réfrigérant, d'une double enveloppe avec circulation d'huile, d'une arrivée de gaz inerte (N2) et d'une sonde de température, nous avons introduit 0,953 g d'alcoxyamine acide méthylpropionique /SG1, 42,5 g de MMA et 7,5 g de BA.

Le milieu a été dégazé par barbotage d'azote pendant 20 minutes, puis placé sous agitation mécanique et porté à 95 C. A intervalles réguliers, des échantillons ont été prélevés sous atmosphère inerte.

La RMN du proton nous a permis de suivre la conversion du monomère. La détermination des masses molaires moyennes du polymère et de leur indice de polymolécularité a été réalisé par CES, grâce à une calibration universelle utilisant des standards de poly(styrène) et les coefficients de Mark-Houwink du poly(acrylate de butyle) dans le THF.

Les résultats sont reportés dans le tableau 4, ci-après.

Dans ce tableau : - Tc BA signifie taux de conversion de l'acrylate de butyle, - Tc M signifie taux de conversion du méthacrylate de méthyle, - Tc G signifie taux de conversion globale

t(s) Tc BA Tc M Tc G In(1/1-TcBA) In(1/1-TcM) In(1/1-Tc6) Mn Ip

TABLEAU 4 # Résultats de l'exemple 5
Les résultats portés dans le tableau 4 permettent de tracer les courbes cinétiques qui sont représentées sur les figures suivantes : Figure 7 : In(1/1-TcBA) = f (t) ; Figure 8 : In(11-TcM) = f(t) ; Figure 9 : In(1/1-TcG) = f (t) ;

Figure 10 : Mn = f (Tc G) ; Figure 11 : = f (Tc G).

Exemple 6 :
On opère comme dans l'exemple 5, excepté que l'on réalise la copolymérisation à 120 C (au lieu de 95 C) et que l'on ajoute 0,0368 g de nitroxyde SG1.

Les résultats sont reportés dans le tableau 5 ci-après.

t(s) Tc BA Tc M Tc 6 !n(1/1-TcBA) In(1/1-TcM) In(1/1-Tc6) Mn Ip

TABLEAU 5 # Résultats de l'exemple 6
Les résultats portés dans le tableau 5 permettent de tracer les courbes cinétiques qui sont représentées sur les figures suivantes : Figure 12 : In(1/1-TcBA) = f(t) ; Figure 13 : In(1/1-TcM) =f(t) ; Figure 14 : In(1/1-TcG) =f(t) ; Figure 15 : Mn = f (Tc Global) ; Figure 16 : IP = f (Tc Global).

> Exemples 7 et 8 :
Utilisation de l'acoxyamine acide méthylpropionique / SG1 comme amorceur dans la polymérisation du méthacrylate de méthyle (MMA).

# Mode opératoire :
Dans un ballon bicol en verre de 25 ml, on mélange 10 g de MMA et 198 g d'alcoxyamine acide méthylpropionique / SG1. Le mélange est placé sous atmosphère d'azote en effectuant 3 cycles pression réduite/ azote, agité (agitation magnétique) et porté ensuite à une température de polymérisation déterminée.

> Exemple 7 : - Température de polymérisation : 25 C
Les résultats sont reportés dans le tableau 6 ci-après.

Dans ce tableau Tc M signifie taux de conversion du méthacrylate de méthyle.

Temps <SEP> Tc <SEP> M <SEP> Mn <SEP> Ip
<tb> (heure)
<tb> 2 <SEP> 0,13 <SEP> 11800 <SEP> 1,9
<tb> 4 <SEP> 0,14 <SEP> 12 <SEP> 900 <SEP> 1,8
<tb> 21 <SEP> 0,16 <SEP> 14800 <SEP> 1,7
<tb> 29 <SEP> 0,18 <SEP> 17 <SEP> 500 <SEP> 1,6
<tb> 45 <SEP> 0,20 <SEP> 19 <SEP> 600 <SEP> 1,5
<tb> 69 <SEP> 0,22 <SEP> 20700 <SEP> 1,4
<tb>

TABLEAU 6 # Résultats de l'exemple 7 > Exemple 8 : - Température de polymérisation : 45 C
Les résultats sont reportés dans le tableau 7 ci-après.

Dans ce tableau Tc M signifie taux de conversion du méthacrylate de méthyle.

Temps <SEP> Tc <SEP> M
<tb> (minutes)
<tb> 15 <SEP> 0,24
<tb> 30 <SEP> 0,34
<tb> 45 <SEP> 0,39
<tb> 90 <SEP> 0,55
<tb> 135 <SEP> 0,68
<tb>

TABLEAU 7 # Résultats de l'exemple 8 > Exemple 9 :
Polymérisation du styrène en présence de l'alcoxyamine acide méthylpropionique /S61 selon la présente invention.

Dans un tricol, muni d'un réfrigérant et d'un agitateur magnétique, on place 30 g de styrène (0,288 mole) et 1,143 g d'acide méthylpropionique-SGl (3 mmol). La solution est dégazée par barbotage d'azote pendant 20 minutes. Le mélange réactionnel est chauffé à 123 C. L'évolution de la polymérisation est suivie par RMN de 1H sur des échantillons prélevés toutes les 30 minutes. A la fin de la réaction - la durée de polymérisation est de 5h30 - le polymère est dissout dans le THF puis précipité dans le pentane.

Le polymère est récupéré par filtration de la solution puis séché sur rampe à vide. On obtient 24 g (rendement : 90 %) d'un polymère P1 de structure :

de masse moléculaire Mn environ égale à 10 000.

Exemple 10 :
Synthèse d'un polymère P2 de structure :

Dans un bicol muni d'un système d'agitation et d'un septum, on introduit 5 g de polymère P1 obtenu précédemment dans l'exemple 9 (0,45 mmol) et du CH2Cl2. La solution est dégazée par barbotage d'azote pendant 10 minutes.

A l'aide d'une seringue, on introduit 0,34 ml de SOCI2 (4,8 mmol) à travers le septum.

Le mélange est agité à température ambiante sous atmosphère inerte pendant 2 heures.

La solution est ensuite concentrée sur rampe à pression réduite (pression de 10-1 mbar) pour évaporer le CH2CI2 et SOCI2 en excès.

Puis on ajoute dans le bicol placé sous azote du THF, capable de solubiliser le

polymère SGl [CH(C6H5)-CH2],,C(CH3)C(O)CI, suivi d'une solution comprenant 0,13MI de triéthylamine et 0,122 g de 4-diméthylaminopyridine (DMAP) (1 mmol) puis 0,34 ml de CF3CH20H (4,80 mmol) dans du THF.

On note l'apparition immédiate d'un précipité blanc. Le milieu réactionnel est agité environ 2 heures à température ambiante. Le précipité est éliminé par filtration puis le filtrat est évaporé sous pression réduite.

Le polymère P2 obtenu est purifié par solubilisation dans le THF puis reprécipité dans le pentane. Le produit est ensuite filtré et séché sur rampe à pression réduite. On obtient 5,01 g de P2.

Caractéristiques analytiques : RMN 19F (CDCI3, 282,4 MHz) : # = 74,02 ppm RMN 31P (CDCI3, 121,49 MHz) : 8 = 25,61 ppm (singulet) (1 dia. 67 %) 8 = 24,43 ppm (singulet) (1 dia. 33 %) > Exemple 11 :

Synthèse d'un polymère P3 de structure :

On opère comme dans l'exemple 1/ précédent, excepté que l'on utilise 0,5 équivalent d'éthanediol au lieu de 4,80 mmol de CF3CH20H et que dans la première étape (formation du chlorure d'acide), le milieu réactionnel est porté 2h à 40 C et que dans l'étape suivante [étape du couplage] le milieu réactionnel est porté 16h à température ambiante.

Le taux de couplage déterminé par GPC est de 47 C.

Exemple 12 :
Synthèse d'un polymère P4 de structure :

par couplage entre le polymère P1 et un bloc POE-OMe (Mn = 750 g.mol-1) Mode opératoire :
Dans un bicol muni d'un système d'agitation et d'un septum, on place P1 dissout dans du THF. La solution est dégagée par barbotage d'azote pendant 10 minutes. A l'aide d'une seringue, on introduit le chlorure de thionyle (10 équivalents) à travers le septum. Le mélange est agité sous atmosphère inerte pendant 4 heures à 40 C. La solution est ensuite concentrée sur rampe à pression réduite pour évaporer le solvant et le chlorure de thionyle en excès.

Puis on ajoute dans le bicol placé sous azote, une solution de triéthylamine (1 équivalent), de 4-diméthylaminopyridine (DMAP) (catalytique) et du bloc POE-OMe (3 équivalents dans le DMF. Le mélange est agité pendant 17 heures à 80 C.

P4 et P1 sont séparés du POE-OMe en excès par précipitation sélective dans l'éthanol, filtrés puis séchés sur rampe à vide. Le taux de couplage déterminé par RMN proton est de 7 %.

Exemple 13 :
Synthèse du polymère P4 en utilisant la dicyclohexylcarbodiimide (DCC) au lieu de la triéthylamine sans passer par l'étape chlorure d'acide.

> Mode opératoire :
Dans un ballon muni d'un agitateur magnétique et d'un réfrigérant, on place P1 (1 équivalent), le poly(oxyde d'éthylène)-a-méthoxylé (1 équivalent) et la 4diméthylaminopyridine (DMAP) (0,8 équivalent) dans du dichlorométhane anhydre. La

solution est dégazée par barbotage d'azote pendant 10 à 15 minutes. La dicyclohexylcarbodiimide (DCC) (2,6 équivalents), dissout dans le minimum de CH2CI2, est ajouté au mélange à l'aide d'une seringue.

Le mélange est laissé sous agitation à la température ambiante pendant 24 heures.

Ensuite, P4 et P1 sont séparés du POE-OMe en excès par précipitation sélective dans l'éthanol, filtrés puis séchés sur rampe à vide. Le taux de couplage déterminé par RMN proton est de 38 %.

Claims

dans lequel R3 représente un radical alkyle linéaire ou ramifié, ayant un nombre d'atomes de carbone allant de 1 à 20, R 2 représente un atome d'hydrogène, un radical alkyle, linéaire ou ramifié, ayant un nombre d'atomes de carbone allant de 1 à 8, un radical phényle, un métal alcalin tel que Li, Na, K ; H4N+, Bu4N+, Bu3HN', à l'exclusion des alcoxyamines de formule (I) dans la formule desquelles R1=H et R2 représente un radical alkyl, linéaire ou ramifié, ayant un nombre d'atomes de carbone allant de 1 à 6.

dans laquelle R représente un radical alkyle, linéaire ou ramif ié, ayant un nombre d'atomes de carbone allant de 1 à 3, R1 représente un atome d'hydrogène ou un reste :

REVENDICATIONS 1. Alcoxyamines de formule :
2. L'acide 2-méthyl-2-[N-tertiobutyl-N-(diéthoxyphosphoryl-2,2-diméthylpropyl)- aminoxy] propionique :
3. Le 2-méthyl-2-[N-tertiobutyl-N-( diéthoxyphosphoryl-2 ,2-di méthylpropyl)ami- noxy] propionate de sodium :

<Desc/Clms Page number 22>
4. Utilisation comme amorceurs des (co)polymérisations d'au moins un monomère polymérisable par voie radicalaire en masse, en solution, en émulsion, en suspension, en miniémulsion, des alcoxyamines de formule :

dans laquelle R représente un radical alkyle, linéaire ou ramifié, ayant un nombre d'atomes de carbone allant de 1 à 3, R1 représente un atome d'hydrogène ou un reste :

dans lequel R3 représente un radical alkyle linéaire ou ramifié, ayant un nombre d'atomes de carbone allant de 1 à 20 ; R 2 représente un atome d'hydrogène, un radical alkyle, linéaire ou ramifié, ayant un nombre d'atomes de carbone allant de 1 à 8, un radical phényle, un métal alcalin tel que Li, Na, K ; H4N+, Bu4N+,

Bu3HN+ et présentant une constante cinétique de dissociation kd, mesurée à

120 C par RPE, supérieure à 0,05 s-1 et, de préférence supérieure à 0,1 s-1.
5. Utilisation selon la revendication 4 des alcoxyamines de formule (I) dans laquelle R=CH3-, R1=H et R2=H, CH3-, (CH3)3-, Li et Na.
6. Utilisation selon l'une des revendications 4 ou 5 de l'acide 2-méthyl-2-[N- tertiobutyl-N-(diéthoxyphosphoryl-2,2-diméthylpropyl)-aminoxy] propionique :

<Desc/Clms Page number 23>
7. Utilisation selon l'une des revendications 4 ou 5 du 2-méthyl-2-[N-tertiobutyl- N-(diéthoxyphosphoryl-2,2-diméthylpropyl)aminoxy] propionate de méthyle :
8. Utilisation selon l'une des revendications 4 à 7, caractérisée en ce que le monomère polymérisable par voie radicalaire est le styrène, l'acide acrylique, l'acrylate de méthyle, l'acrylate de butyle, l'acide méthacrylique, le méthacrylate de méthyle, l'acrylonitrile, l'acrylamide, la vinylpyrrolidinone ou un mélange d'au moins deux monomères précités.
9. Utilisation selon la revendication 8, caractérisée en ce que le monomère est l'acrylate de butyle.
10. Utilisation selon la revendication 8, caractérisée en ce que le monomère est le méthacrylate de méthyle.
11. Utilisation selon la revendication 8, caractérisée en ce que le mélange de monomères est constitué d'acrylate de butyle et de méthacrylate de méthyle.
12. (Co)polymères obtenus par (co)polymérisation d'au moins un monomère polymérisable par voie radicalaire en masse, en solution, en émulsion, en suspension, en miniémulsion, en présence d'une alcoxyamine de formule :

<Desc/Clms Page number 24>

120 C par RPE, supérieure à 0,05 s-1 et, de préférence supérieure à 0,1 s-1.

Bu3HN' et présentant une constante cinétique de dissociation kd, mesurée à

dans lequel R3 représente un radical alkyle linéaire ou ramifié, ayant un nombre d'atomes de carbone allant de 1 à 20 ; R 2 représente un atome d'hydrogène, un radical alkyle, linéaire ou ramifié, ayant un nombre d'atomes de carbone allant de 1 à 8, un radical phényle, un métal alcalin tel que Li, Na, K ; H4N+, Bu4N*,

dans laquelle R représente un radical alkyle, linéaire ou ramifié, ayant un nombre d'atomes de carbone allant de 1 à 3, R1 représente un atome d'hydrogène ou un reste :
13. (Co)polymères selon la revendication 12, caractérisés en ce que le monomère polymérisable par voie radicalaire est le styrène, l'acide acrylique, l'acrylate de méthyle, l'acrylate de butyle, l'acide méthacrylique, le méthacrylate de méthyle, l'acrylonitrile, l'acrylamide, la vinylpyrrolidinone ou un mélange d'au moins deux monomères précités.
14. Polymères selon la revendication 13, caractérisés en ce que le monomère est l'acrylate de butyle.
15. Polymères selon la revendication 13, caractérisés en ce que le monomère est l'acrylate de méthyle.
16. Copolymères selon la revendication 13, caractérisés en ce que le mélange de monomères est constitué d'acrylate de butyle et de méthacrylate de méthyle.
17. Utilisation des (co)polymères selon l'une des revendications 12 à 16 pour réaliser des transformations chimiques.
18. Utilisation selon la revendication 17 d'un polymère P1 de structure :

<Desc/Clms Page number 25>

pour obtenir un polymère P2 de structure :
19. Utilisation selon la revendication 17 d'un polymère P1 de structure :

pour obtenir un polymère P3 de structure :
20. Utilisation selon la revendication 17 d'un polymère P1 de structure :

pour obtenir un polymère P4 de structure :